経頭蓋磁気刺激、電、モーションキャプチャ、およびバーチャルリアリティを用いたヒトモータ制御研究のための多機能のセットアップ

次の実験の全体的な目標は、人間の生体力学的研究中に記録された複数のデータ ストリームを同期するための一般化された手法を示すことです。これは、筋電図信号とモーションキャプチャ信号を使用して、2つ以上のシステムで独立して記録できるアナログ同期イベントを生成することで実現されます。第2のステップとして、このイベントを各記録デバイスに適した信号に変換する簡単な回路コンポーネントを設計できます。

次に、解析ソフトウェアを使用して、独立して記録された信号間で同期イベントを一時的に位置合わせし、すべての信号を同期します。その結果、いくつかの生体力学的信号をそれぞれのデータ記録システムのサンプリング周波数内で一時的に整列させることができることが示され、これにより、神経筋制御を研究するための人間の自然主義的な動きの豊富な実験データセットを収集することができます。運動制御とバイオメカニクスの分野には、実験室で人間の自然な動きを研究することで最もよく答えることができる複数の複雑な問題があります。

ここでは、バーチャルリアリティを使用して、複数の生理学的信号が同時に記録される行動課題を定義する方法について説明します。ハードウェアベースのビヘイビアリグのような既存の方法に対するバーチャルリアリティベースの実験セットアップの利点は、さまざまな実験や個々の参加者のユニークな解剖学的構造に非常に迅速に適応できることです。行動実験では、筋電図やモーションキャプチャなど、行動を定量化する複数の信号を同時に記録するのが一般的です。

この方法は、複数のメーカー間で互換性のあるカスタム同期ユニットを使用して、これらの信号の時間的アライメントの問題に対するソリューションを提供します。まず、EMG機器間で必要なすべての電気接続を行うことから始めます。アンプ、プリアンプ、センサーワイヤー、センサーパッドは、メーカーの仕様に従って行われます。各電極部位を洗浄して、電極と皮膚のインピーダンス値が一貫して低いことを確認します。

次に、対象の個々の筋肉の等尺性収縮を行うように被験者に指示し、筋収縮の触診位置上にEMG電極を貼り付けます。筋線維に沿った活性部位の向きを念頭に置いてください。接地電極をC 7椎骨の皮膚に取り付けます。

次に、信号品質をテストするために、被験者が関心のある各筋肉を収縮させたときに、コンピューター上で増幅されたEMG信号を検査します。最後に、行動課題に必要な筋肉収縮中にEMG信号が飽和する場合は、増幅ゲインを減少させます。まず、製造元の指示に従ってモーショントラッキングカメラをキャリブレーションします。

アクティブLEDセンサーを、腕の関節の近くの骨のランドマークや、指、手首、肩、胸の近くなどの解剖学的ポイントにテープで貼り付けます。別のLEDセンサーをバーチャルリアリティまたはVRヘッドセットに取り付けて、仮想環境での視点を設定します。次に、各LEDをワイヤレスドライバーユニットに取り付けられているワイヤーハーネスに接続します。

ドライバーユニットの電源を入れ、すべてのLEDが適切に点灯していることを確認します。最後に、同期LEDを被写体から離れた場所に配置しますが、モーションキャプチャカメラの明確な視界内にあります。まず、経頭蓋磁気刺激法またはTMS装置とソフトウェアを校正して、正確なコイル配置を可能にします。

これを行うには、TMSコイルをNAS耳前点や鼻先などの解剖学的ランドマークと共登録します。キャリブレーション ポインターを使用する。次に、ホットスポット技術を実行して、運動誘発電位またはmepsの最大の振幅を生成する皮質上のTMS感受性領域を特定します。

刺激の振幅が最も小さい状態で、キャリブレーションされた定位固定装置とソフトウェアを使用して、被験者の頭皮に最適な刺激部位の位置を記録します。最後に、選択した場所での刺激の振幅を下げて、少なくとも 50 マイクロボルトの meps が 50% の確率で誘発されるまで、被験者の閾値を測定します。まず、ビヘイビアタスクのVR環境をメーカーのプロトコルに従って設定します。

ヘッドセットとモーショントラッキングシステムプログラムと互換性のある商用VRソフトウェアを使用します。パラレルポートを介したデジタル出力により、関心のある特定のイベントの同期とマーキングが可能。VR出力を同期回路や同期する他の機器に、対応するコネクタ付きのケーブルを使用して接続します。

彼または彼女がVRで実行するタスクの要件について通知します。被験者に、球状のターゲットが視界に現れたら指さすように依頼します。被験者がタスクを理解し、それを練習する機会を得たら、1回のVR同期試行中にEMGモーションキャプチャデータと同期信号の記録を開始します。

このソフトウェアは、EMG装置をトリガーして、上肢の動き中に発生した神経筋活動を示す信号を記録します。また、モーションキャプチャ装置をトリガーして、連続的な動きのデータを記録します。この信号は、EMGとモーションキャプチャのデータを同期するために使用できます。ここは。

1つのタスクについて、平均角運動学とダイナミクス、および24回の試行にわたる関連する連続的かつ瞬間的な神経筋活動が示されています。バーチャルリアリティによって提供されるこれらの多次元データセットにより、研究者は特定の人間の運動制御メカニズムを調査することができます。このビデオを見た後、EMGやモーションキャプチャなどの人間の動きの実験中に記録できる複数のデータストリームを同期する方法についての一般的な理解が得られるはずです。

さらに、末梢神経の電気刺激は、その開発後の運動制御に対する感覚フィードバックの寄与を評価するためにも使用できます。この技術は、脳卒中や脊髄損傷などの運動障害を持つ人々の神経制御運動の変化を神経科学者が探求する道を開きました。